Los tres compuestos en la pregunta son derivados del ácido acético, un componente del vinagre. El ácido fluoroacético es un químico de origen natural, que se encuentra en las plantas pertenecientes al género, Dichapetalum , y producido por algunas cepas de la bacteria Streptomyces . Primero se identificó como sustancia química vegetal en 1944, cuando se aisló de gifblaar. Este compuesto interfiere con el ciclo del ácido tricarboxílico, ya que imita a uno de los sustratos en esta vía bioquímica. El ácido difluoroacético es menos conocido entre los tres derivados del ácido acético fluorado, y el ácido trifluoroacético es un producto químico conocido. TFA, o la abreviatura de ácido trifluoroacético, es otro químico natural, que se encuentra en el agua de mar y que a menudo se presenta como un contraión de los alcaloides marinos que tienen una carga positiva. Las cuatro moléculas se muestran juntas a continuación. 
Para comenzar la comparación de estos compuestos, comenzamos con la molécula original, el ácido acético. Se produce de forma natural y es una parte importante de las vías bioquímicas, que existe como derivado éster de muchas coenzimas u otros compuestos. El ácido acético servirá como nuestro ejemplo de “control”, ya que carece de átomos de flúor en los tres derivados del ácido fluorado. Como tiene un ácido carboxílico, los orbitales pi dominarán los orbitales moleculares del ácido acético. Vemos que este es el caso cuando examinamos el orbital molecular ocupado más alto (HOMO) y el orbital molecular desocupado más bajo (LUMO) del ácido acético, calculado con la teoría del funcional de la densidad, a continuación. 
HOMO de ácido acético, mostrando dominancia por el orbital carbonil pi. Los orbitales p del átomo de oxígeno adyacente y el átomo de carbono unido al grupo C = O también están presentes. 
LUMO de ácido acético, que exhibe un patrón similar, excepto que diferentes orbitales p del grupo carbonilo y el átomo de oxígeno adyacente contribuyen al LUMO.
El HOMO de una molécula nos dice cómo reaccionará la molécula con electrófilos, especies químicas que carecen de electrones, pero que desean obtener cierta densidad de electrones para estabilizarse. Como los orbitales C = O pi son dominantes en el HOMO del ácido acético, este es el sitio de ataque de los electrófilos. Deben aproximarse al grupo C = O en una dirección particular para que sus orbitales vacíos se superpongan con los orbitales p. De hecho, observamos reacciones electrófilas en el átomo de oxígeno del grupo C = O en ácido acético.
El LUMO de una molécula nos da pistas sobre cómo se comportará la molécula con los nucleófilos, que tienen mucha densidad de electrones, y desean compartirla con otras moléculas. Los nucleófilos buscan los orbitales vacíos de una molécula y reaccionan con los orbitales atómicos dominantes en estos orbitales. Como el átomo de carbono en el grupo C = O del ácido acético es dominante en el LUMO, es el sitio esperado del ataque nucleofílico. Esto se confirma en las observaciones de que los nucleófilos sí reaccionan en el lado del carbono del grupo carbonilo en el ácido acético.
El ácido fluoroacético ofrece un examen de los efectos que cambian un átomo de hidrógeno, con una electronegatividad de 2.20 Paulings, en una molécula de ácido acético a un átomo de flúor, con una electronegatividad de 3.98 Paulings. Como el flúor tiene una afinidad electrónica mucho más fuerte y una tendencia a atraer a los electrones hacia sí misma, alterará la unión en el ácido acético al tirar de la densidad de electrones en todos los átomos adyacentes y en los átomos cercanos. Aunque los orbitales moleculares de los derivados de ácido acético fluorado no van a diferir profundamente, algunas de las propiedades relacionadas con la unión en ácido acético son sensibles a la sustitución de átomos de hidrógeno por átomos de flúor. Veremos primero HOMO y LUMO de ácido fluoroacético, a continuación. 
HOMO de ácido fluoroacético, mostrando ligeras diferencias en comparación con el ácido acético. Se esperaría que el ácido fluoroacético muestre un comportamiento de reacción electrofílica similar, en comparación con el ácido acético, ya que el átomo de oxígeno en el grupo C = O todavía es dominante. Esta vez, los orbitales p en el átomo de flúor comienzan a participar en el HOMO de derivados del ácido acético fluorado. 
¡LUMO de ácido fluoroacético, que parece casi idéntico al del ácido acético! El ácido fluoroacético tendría patrones casi idénticos en comparación con el ácido acético cuando se trata de reacciones nucleofílicas. El orbital de carbono pi en el grupo C = O sigue siendo dominante en el ácido fluoroacético.
El siguiente paso en la modificación del ácido acético es la adición de dos átomos de flúor en lugar de dos átomos de hidrógeno. Esto nos da ácido difluoroacético, y sus orbitales moleculares también son similares a los del ácido acético, a continuación. 
HOMO de ácido difluoroacético, casi indistinguible del ácido fluoroacético. La adición de átomos de flúor no afecta gravemente el enlace C = O en la molécula de ácido acético original. Sin embargo, notamos una contracción del orbital p en el átomo de oxígeno que lleva el protón OH a medida que se agregan más átomos de flúor. Esto tiene consecuencias directas para el comportamiento del ácido acético, que se analizarán más adelante en esta respuesta. 
LUMO de ácido difluoroacético, que se parece mucho al ácido acético o al ácido fluoroacético. El ácido difluoroacético debería reaccionar como el ácido acético o el ácido fluoroacético cuando se usan nucleófilos o electrófilos.
El paso final de modificar el ácido acético es la sustitución completa de todos los átomos de hidrógeno metílico por átomos de flúor. Esto nos da TFA o ácido trifluoroacético. Sus orbitales moleculares son muy similares a los de los otros ácidos acéticos fluorados que vimos a continuación. 
HOMO de ácido trifluoroacético, que muestra el fuerte dominio del átomo de oxígeno p orbital en el grupo carbonilo. El orbital p de oxígeno que porta el protón es más pequeño en comparación con los otros HOMO que vimos. TFA debe reaccionar como el ácido acético en las reacciones electrofílicas. 
LUMO de ácido trifluoroacético, que muestra la característica dominante del orbital p de carbono en el grupo carbonilo. TFA también es probable que reaccione en el grupo carbonilo cuando los electrófilos lo atacan. Por lo tanto, no alteramos el comportamiento del ácido acético con respecto a nucleófilos o electrófilos cuando cambiamos los átomos de hidrógeno en el grupo CH3 por átomos de flúor.
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Con los orbitales moleculares pareciendo muy similares, también vemos patrones en las energías de estos orbitales entre las cuatro moléculas. La energía de HOMO y LUMO en el ácido acético cambia a medida que se agregan átomos de flúor. Vemos la tendencia en estas dos tablas, a continuación:
Energía de HOMO
Ácido acético: -7.43 eV
Ácido fluoroacético: -7.79 eV
Ácido difluoroacético: -8.17 eV
Ácido trifluoroacético: -8.64 eV
A medida que se introducen más átomos de flúor en el ácido acético, el HOMO se vuelve más estable y disminuye su energía. El efecto de la estabilización es casi constante, pero aumenta ligeramente con más átomos de flúor. Lo mismo ocurre con el LUMO, siguiendo una tendencia idéntica y descendente.
Energía de LUMO
Ácido acético: 0.25 eV
Ácido fluoroacético: -0.24 eV
Ácido difluoroacético: -1.02 eV
Ácido trifluoroacético: -1,62 eV
La potencia de la adición de flúor en la energía LUMO se vuelve progresivamente más débil a medida que se agregan más átomos de flúor a una molécula de ácido acético. Los átomos de flúor estabilizan tanto el HOMO como el LUMO, pero con diferentes resistencias.
Aunque vimos fuertes similitudes entre los orbitales moleculares en el ácido acético y sus derivados fluorados, las propiedades físicas de cada molécula difieren profundamente. La acidez es una de las diferencias importantes, como vimos cuando miramos las HOMO de las cuatro moléculas. En el ácido acético, la especie con el pKa más alto, el orbital p del átomo de oxígeno hidroxilo es grande en comparación con el mismo orbital en las otras tres moléculas HOMO. En TFA, la especie de pKa más baja, ese orbital particular es pequeño. Un bajo pKa significa que el átomo de hidrógeno está débilmente unido y se elimina fácilmente, produciendo aniones muy estables. Cuando observamos los pKa experimentales para las cuatro moléculas, ¡encontramos una tendencia que coincide con lo que vimos con los HOMO!
Ácido acético pKa: 4.76
Ácido fluoroacético pKa: 2,66
Ácido difluoroacético pKa: 1,34
Ácido trifluoroacético pKa: 0.00
A medida que se agregan más átomos de flúor al ácido acético, el pKa disminuye y la nueva molécula de ácido se fortalece. Los átomos de flúor sirven para aumentar la estabilidad de los aniones carboxilato producidos por la eliminación del protón unido al grupo ácido carboxílico, y al mismo tiempo alejan la densidad electrónica de la porción hidroxilo del grupo ácido. Podemos comparar y contrastar las cuatro moléculas observando las superficies de potencial electrostático, que describen la densidad de electrones local. Una superficie con potencial electrostático muestra áreas de alta densidad de electrones con colores rojos, áreas de densidad electrónica neutra con colores verdes y áreas de baja densidad de electrones con colores azules. Las cuatro superficies potenciales para todas las moléculas están a continuación: 
Superficie del potencial electrostático del ácido acético, que muestra la neutralidad del grupo metilo en comparación con la distribución desigual en el grupo ácido carboxílico. 
La superficie del potencial electrostático del ácido fluoroacético, que muestra una región del átomo de carbono con hibridación sp3 cada vez más desigual, y un pequeño cambio en el grupo ácido carboxílico. 
Superficie del potencial electrostático del ácido difluoroacético, que muestra un comportamiento similar en comparación con el ácido fluoroacético. El protón se encuentra cerca del área azul, y esta área se vuelve más azul a medida que se agregan más átomos de flúor. La carga parcial en el protón aumenta a medida que los átomos de flúor extraen más densidad de electrones del grupo ácido carboxílico. 
Superficie del potencial electrostático del ácido trifluoroacético, que muestra una densidad electrónica más neutra del grupo CF3, en comparación con los dos derivados de ácido acético fluorados previos. Sin embargo, el grupo CF3 demuestra ser altamente electrones, ya que el área del protón es de un color azul intenso, con una fuerte carga parcial positiva en el protón. Este es un ejemplo de efectos dipolares inductivos sobre el ácido acético. En estas superficies, vemos las razones para la disminución del pKa de ácido acético a medida que se le agregan más átomos de flúor.
Vemos tendencias similares a lo largo de las cuatro moléculas cuando observamos las superficies de densidad de electrones, calculadas con una alta isovaloración (0.08). Todas las superficies de potencial electrostático usaban una isovalía baja (0.002) por lo que se veían grandes y casi indistinguibles entre sí. En el nivel de densidad de bonos, las cosas comienzan a verse diferentes, a continuación. 
Superficies de densidad de electrones de enlace para las cuatro moléculas (ácido acético, arriba a la izquierda, ácido fluoroacético, arriba a la derecha, ácido difluoroacético, abajo a la izquierda, ácido trifluoroacético, abajo a la derecha). A medida que se agregan más átomos de flúor, el enlace CC pierde progresivamente la densidad de electrones (el adelgazamiento de la superficie alrededor de esa área surge de la densidad de electrones que se extrae de ella). Vemos que esto es exactamente lo que sucede, a medida que el enlace CC se alarga a medida que se agregan más átomos de flúor al ácido acético. Esta tabla muestra la longitud del enlace CC, en angstroms, para las cuatro moléculas.
Ácido acético: 1.493 angstroms
Ácido fluoroacético: 1.506 angstroms
Ácido difluoroacético: 1.519 angstroms
Ácido trifluoroacético: 1.532 angstroms
Sacar la densidad de electrones de un enlace hace que se debilite y se alargue, de modo que eso es lo que vimos con ácido acético cuando le agregamos átomos de flúor.
En resumen, la introducción de átomos de flúor en ácido acético lo convierte en un ácido más fuerte (disminuyendo pKa), estabiliza sus orbitales moleculares (reduciendo la energía de HOMO y LUMO), debilita el enlace CC entre el ácido carboxílico y los grupos metilo (reducción de la densidad de electrones los átomos de flúor lo extraen), y no afecta directamente las formas del HOMO y LUMO (las cuatro moléculas tienen un comportamiento de reacción nucleófilo y electrófilo similar).
